陳修建（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江　哈爾濱　150078）

特高壓變壓器典型分區(qū)絕緣結(jié)構(gòu)線圈內(nèi)匝間電壓振蕩特性分析

陳修建
（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150078）

本文以?xún)?nèi)屏連續(xù)式和糾結(jié)連續(xù)式這2種典型結(jié)構(gòu)為主的高壓線圈為研究對(duì)象，研究有穩(wěn)定頻率的響應(yīng)因子、振蕩的模式、正弦電壓、快速暫態(tài)過(guò)電壓即VFTO刺激下的線圈內(nèi)匝間所產(chǎn)生電壓的分布規(guī)律，對(duì)暫態(tài)電壓突然侵入后產(chǎn)生的電壓振蕩起著良好防范的作用。研究表明，較大的響應(yīng)因子所產(chǎn)生的頻率要分散一些，由于變壓器在圈內(nèi)展現(xiàn)的電壓振蕩頻率大概在＜10MHz左右，因此，糾結(jié)連續(xù)式線圈要小于內(nèi)屏連續(xù)式線圈。但是，在穩(wěn)定的電壓刺激下，低頻振蕩對(duì)大范圍的節(jié)點(diǎn)電壓做出的貢獻(xiàn)要多一些；反之，高頻的模式對(duì)首部的少數(shù)節(jié)點(diǎn)要有明顯貢獻(xiàn)。因此，糾結(jié)連續(xù)式激起的匝間電壓的范圍要小于內(nèi)屏連續(xù)式。

變壓器；匝間電壓；振蕩模式

電力系統(tǒng)中，大型的電力設(shè)備，尤其是當(dāng)各種的暫態(tài)電壓流過(guò)時(shí)，有可能會(huì)對(duì)電力變壓器造成損害。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中的快速暫態(tài)電壓變得越來(lái)越復(fù)雜難懂，這不僅對(duì)變壓器絕緣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提出了新的要求，同樣的，這也對(duì)絕緣的材料有了新的規(guī)劃。

一、震蕩特性分析的必要性

為了了解變壓線圈的設(shè)計(jì)，研究震蕩的特性是很有必要的。目前需要了解的有以下3個(gè)難點(diǎn)：（1）是否存在一種辦法或者是運(yùn)用某種手段，來(lái)避免或減少暫態(tài)震蕩所激起的匝間過(guò)電壓對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)帶來(lái)的損害。（2）對(duì)于震蕩電壓沿著線圈展開(kāi)來(lái)的空間分布狀況，我們不可知，同樣也不了解在線圈中的什么位置階段比較容易產(chǎn)生過(guò)電壓。（3）是否存在這一種情況：當(dāng)流經(jīng)過(guò)的暫態(tài)電壓主要震蕩所產(chǎn)生的頻率與變壓器自身穩(wěn)定的頻率相接近甚至達(dá)到吻合狀態(tài)的時(shí)候，能否導(dǎo)致過(guò)電壓?；谝陨先c(diǎn)，對(duì)含有穩(wěn)定的、自然的頻率下產(chǎn)生的震蕩特性的研究很有必要。目前，有的文獻(xiàn)已經(jīng)對(duì)震蕩模式電壓的空間分布圖、對(duì)震蕩電壓的數(shù)值進(jìn)行估算、變壓器中含有穩(wěn)定的、自然地、固有的頻率的分布規(guī)律等做出了研究報(bào)告。為了提高在范圍內(nèi)的變壓器穩(wěn)定頻率的精確度，研究出了一種新型的參數(shù)電路模型；為了研究變壓器的諧振特性及定位震蕩最嚴(yán)重的部位，建立了單輸出或多輸出端口模型；為了避免變壓器絕緣的較大危害，通過(guò)研究結(jié)合變壓器線匝和匝間電壓之間不同頻率下產(chǎn)生的反應(yīng)，表明了諧振所產(chǎn)生的匝間電壓最高峰值有可能高達(dá)數(shù)倍。

二、典型高壓線圈結(jié)構(gòu)的內(nèi)容概述

眾所周知，高壓線圈有2種非常典型的絕緣線圈結(jié)構(gòu)，在這里暫且稱(chēng)為一號(hào)線圈和二號(hào)線圈。相同點(diǎn)的是，這兩個(gè)線圈都有72個(gè)線餅，并都含有鐵芯。不同的是，一號(hào)線圈是由24餅跨4 餅插入內(nèi)屏蔽式的線圈、8 餅跨 4 餅插入內(nèi)屏蔽式線圈、40餅連續(xù)式線圈串聯(lián)組合而成的內(nèi)屏連續(xù)式線圈；而二號(hào)線圈是由12 餅普通糾結(jié)式線圈、16 餅跨 4 餅插入內(nèi)屏蔽式線圈、12 餅 2 根插花糾結(jié)式線圈、24 餅連續(xù)式線圈、8 餅跨 2 餅插入內(nèi)屏蔽式線圈串聯(lián)組合而成的糾結(jié)連續(xù)式線圈。

圖1

三、震蕩電壓的分布特性

根據(jù)研究顯示，震蕩電壓的分布有以下幾個(gè)特性：（1）在低頻震蕩和高頻震蕩的模式中，就線圈首部而言，低頻震蕩模式相較于高頻震蕩模式而言，可能不會(huì)產(chǎn)生較大的匝間電壓，沒(méi)有較大的電壓梯度。對(duì)于高頻震蕩模式來(lái)說(shuō)，低頻的震蕩模式中位置相近的節(jié)點(diǎn)電壓較小，尤其是在線圈首部的那幾個(gè)線圈中表現(xiàn)的特別明顯。雖然低頻和高頻震蕩模式的節(jié)點(diǎn)電壓的分布曲線都呈現(xiàn)出波動(dòng)的形式，但是，高頻震蕩模式中空間分布曲線波動(dòng)的最高峰之間的間距要小于低頻模式的鋒線間距。由于低頻和高頻的穩(wěn)定頻率形成的不同，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，低頻震蕩模式中的穩(wěn)定頻率是由分布電容和整個(gè)線圈的分布共同決定的，而高頻震蕩模式是由分布電容和局部線圈所決定的。換句話(huà)說(shuō)，低頻是整體，高頻是局部，此為不同點(diǎn)。因此，低頻的震蕩模式將會(huì)出現(xiàn)較大范圍的區(qū)域性。（2）響應(yīng)因子的數(shù)值越小，相應(yīng)的自然穩(wěn)定頻率的實(shí)體部分就越大。一般來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定頻率的響應(yīng)因子＜5MHz，而具有明顯特征的響應(yīng)因子的穩(wěn)定頻率在＜10MHz左右。因此，伴隨著頻率的升高和線圈損耗率的快速增加，穩(wěn)定頻率的實(shí)體部分也越大。（3）糾結(jié)連續(xù)式和內(nèi)屏連續(xù)式線圈的匝線安排方式區(qū)別較大，線匝之間的電磁融合也差別較大，這有可能會(huì)導(dǎo)致兩組線圈在轉(zhuǎn)移函數(shù)中產(chǎn)生的零極點(diǎn)的分布空間不同。具體的來(lái)說(shuō)，繞組變壓器是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，有可能在某種線圈的某個(gè)部分或者某幾個(gè)頻率范圍會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)大數(shù)值的響應(yīng)因子，這些響應(yīng)因子數(shù)值不會(huì)隨著頻率的變化而變化。根據(jù)線性系統(tǒng)理論所得出結(jié)論來(lái)看，自然穩(wěn)定頻率的極點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值會(huì)伴隨著零極點(diǎn)空間分布的情況發(fā)生變化而做出相應(yīng)的改變，轉(zhuǎn)移函數(shù)零極點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)楹芟嘟年P(guān)系而互相抵消（如圖1所示）。

結(jié)語(yǔ)

（1）糾結(jié)連續(xù)式線圈中較大的響應(yīng)因子所對(duì)應(yīng)的頻率分布空間要集中些，而內(nèi)屏連續(xù)式線圈中較大的響應(yīng)因子所對(duì)應(yīng)的頻率分布空間要分散一些，且糾結(jié)連續(xù)式線圈中最大響應(yīng)因子要較小于內(nèi)屏連續(xù)式線圈。（2）糾結(jié)連續(xù)式線圈與內(nèi)屏連續(xù)式線圈的震蕩模式存在差異的原因，主要是因?yàn)樵诰€圈的首部，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定了高頻震蕩模式及在高頻下的穩(wěn)定頻率的空間分布。（3）在線圈首部，高頻震蕩模式可能產(chǎn)生較大的匝間電壓；但是，在穩(wěn)定頻率的正弦電壓沖擊下，低頻震蕩模式所產(chǎn)生的震蕩量值會(huì)對(duì)大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的電壓有著較大貢獻(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著任何事物越來(lái)越科學(xué)化、機(jī)械化，當(dāng)今社會(huì)無(wú)時(shí)無(wú)刻不面臨著多種安全隱患，無(wú)論是從事業(yè)的發(fā)展，還是人身的安全，更是社會(huì)的穩(wěn)定來(lái)看，安全遠(yuǎn)遠(yuǎn)排在第一位。在內(nèi)屏連續(xù)式線圈中產(chǎn)生的最大匝間電壓大于糾結(jié)連續(xù)式線圈，并且所產(chǎn)生的最大匝間電壓的范圍大于糾結(jié)連續(xù)式線圈的情況下，要加強(qiáng)線餅的絕緣性，比如絕緣材料的采用等，預(yù)防在強(qiáng)大的沖擊下，匝間電壓帶來(lái)的過(guò)度損害。

[1]韓波.電力變壓器繞組波過(guò)程分析及部分縱絕緣優(yōu)化[D].哈爾濱理工大學(xué)，2011.

TM41

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